科创中国

研究发现，低弹模、高硬度材质比传统高硬度、高弹模材料具有更高的耐过载损伤及更长的磨损寿命。高硬度镍钛基合金是一种富Ni的合金(Ni>52at％)，具有高硬度、低弹模特性。目前制约高硬度镍钛基合金应用的因素是其存在热处理淬裂，及服役过程组织退化导致硬度大幅度下降等问题。高硬度镍钛基合金的主要强化相为Ni4Ti3相，但随着时效温度升高和时效时间延长，亚稳的Ni4Ti3相会发生长大分解为Ni3Ti2相和Ni3Ti相，从而合金硬度下降。因而高硬度镍钛基合金目前的最高使用温度为400℃，这也限制了其在工业中的应用。因此，虽然高硬度镍钛基合金具有较大的成为优秀轴承材料的潜力，但目前还需要进一步改善其性能。针对上述问题，本成果开发一种新型高硬度镍钛基合金。

相对于现有技术的优点在于： 1.合金成分的设计，首先，在富镍的Ni-Ti二元合金体系基础上，分别设计了加入取代Ni-Ti合金中Ti位的Al、Nb、Hf、Ta、Zr、Mo、Co元素，及其组合的合金组分体系，以增加镍钛基合金的热稳定性和应用温度，进一步提高硬度等性能。其次，在二元合金体系的基础上，分别设计了加入取代Ni-Ti合金中Ni位的V、Cu、Hf、Fe、Cr元素，及其组合的合金组分体系，以提高镍钛基合金的韧性和加工性能。再者，在二元合金体系的基础上，分别设计了加入同时取代Ni-Ti合金中Ni和Ti位的上述合金元素，及其组合的合金组分体系，以达到综合性能的最佳匹配。针对上述各合金化元素，通过计算、设计及实验，研究分析了相关组织，对合金元素的强化机理，尤其是多元合金元素的复合强化机理进行了研究和验证，得到了不同合金化元素的合理含量。 2.在上述合金组分设计的基础上，进一步通过合金化方法，调整镍钛基合金中主要的Ni4Ti3纳米强化相的形态、尺寸、分布及体积分数，并调整镍钛基合金的热处理工艺窗口，进一步的优化性能。与传统的高硬度高弹模材料相比较，高硬度镍钛基合金具有高弹性低模量的特点

本发明涉及一种具有高硬度、优良耐磨性和耐蚀性的镍钛基合金及其制备方法。具体地说，是一种Ni-Ti-Al-V-Ce合金及其制备方法。

背景技术：

闻速轴承材料是闻铁、闻客、风电工程、航空、航天等重大技术装备的关键材料及零部件，轴承材料应具有高抗塑变能力，高硬度，耐磨性，轴承制品要有很好的旋转精度、尺寸精度和稳定性，以及长的接触疲劳寿命和良好的机械加工性能。传统的轴承材料，如M50、E52100、不锈钢440C等，由于具有高的硬度、易于制造和良好的摩擦学性能而广泛使用，但由于这些材料及其合金存在一些缺点I、轴承钢多为过共析钢，有相当数量的碳化物，这些碳化物颗粒大小及分布状态，·对轴承的耐磨性及疲劳寿命都有很重要的影响。

北航工研院相关研发团队

在应用上表现为轴承的稳定性较差。2、铁基合金的耐腐蚀性差，不利于在复杂环境中长时间服役，提高了设备部件更换、维修费用。3、高速运行下，因材料的磁性导致大的偏向力。由于钛具有低密度、高强度、耐腐蚀、无磁性、工作区宽、加工成形性好等诸多特点，成为无可替代的新型结构材料和重要的工程机械材料。广泛应用于新能源、航空航天及军工等领域。作为铁路机车及轨道交通用高速轴承材料，高硬度抗磨损钛合金成为一个研发热点，其中，美国Glenn Research Center, Cleveland, Ohio报道的NiTi60合金因具有很高的硬度和优良耐磨性，而备受关注。

发明内容

本发明是在NiTi60合金的基础上，适当降低重金属Ni合金元素的含量，加入一定的Al、V合金元素和微量稀土 Ce，在保持NiTi60合金各项性能的同时还具有高硬度、抗磨损等特性。该镍钛基合金的特征在于该合金主要由Ni、Ti、Al、V、Ce五种元素组成，按重量百分比为Ni 57% -63%, V 2% -4%, Al 0. 5% -2. 5%, Ce 0. 5% -I. 5%, Ti 余量(包括不可避免的杂质)。本发明合金成分设计的主要原则为I、金属间化合物60NiTi，含有60%的镍和40%的钛，具有(B2)CsCl晶体结构，同时含有离子键和原子比为3 2的共价键，提高了材料的稳定性。相对于陶瓷TiC、Ti02，B2型NiTi具有较少的共价键，表现为良好的韧性、导电性、化学反应。但相对于金属钛合金，Ni与Ti之间的共价键具有方向性，结合力很强，表现为陶瓷一样的耐磨性。2、稀土元素Ce的添加作用细化晶粒，提高强度、硬度；强化粘结相Ni，提高合金的耐磨性；脱O、溶H作用，降低合金的含氢量和针孔率。3、Al、V的添加作用有助于形成第二相颗粒，起到颗粒强化的作用，有效提高合金的硬度。

本成果可支持技术转让，技术合作，技术咨询等方式合作。